苏长青 郭衡
沈阳航空航天大学 辽宁沈阳 110136
摘要：转子系统是旋转机械的核心，应用非常广泛。但是由于各种原因，转子系统故障多发，给我们带来诸多负面影响，甚至酿成重大安全事故。因此，对故障转子系统进行安全性分析，能使我们更有针对性的防治故障，提高转子系统安全保护的效率。
本文首先阐述转子系统五种典型故障类型及其危害；然后运用AHP对影响转子系统安全的故障危害进行定量、定性分析，确定转子系统故障类型在应该重点防治方面上的优先级顺序，分析评价其安全性，为转子系统的安全保护工作提供一定的理论依据。
关键字：转子系统；故障类型；故障危害；AHP；安全性分析；
0引言
故障转子系统安全性的早期研究可追溯到上个世纪六十年代，1968年美国John Sohre以表格归纳了旋转机械的故障特征和原因机理，为社会生产、生活实践提供了参考；随后英国的沃弗森公司、瑞典的SPM轴承检测系统以及丹麦的振动系统等都取得良好的效果。
近些年，我国的故障转子系统安全性研究也在如火如荼地展开。清华大学褚福磊团队研究了转子系统动静碰摩时的稳定性问题；国防科技大学胡茑庆研制出航天动力系统地面试验用实时故障检测原型系统；徐敏分析了旋转机械的故障机理，给出了振动特征与敏感参数之间的对应关系以及每种故障相应的治理措施。
1故障类型与危害
转子系统比较典型的故障类型有转子裂纹、转子不平衡、转子不对中，动静碰摩和油膜失稳等五种类型。这些故障会导致转子系统功能失常，不符合技术上的要求。每种故障的危害也各有特点。
转子裂纹：比较少见却又非常严重的一类故障，形成的原因很复杂，对振动的响应不敏感（隐蔽性强），发生概率比较低，往往很容易被人们忽视或是误判，最终酿成严重事故，危害性巨大。
转子不平衡：最常见的故障之一，近70%的旋转机械故障与转子不平衡有关。相当于附加了载荷、引起振动和产生噪音、加速了轴承的磨损、缩短了机器的使用寿命，严重时还会引发破坏性事故。
转子不对中：很常见的一类故障，近60％的旋转机械故障是由转子不对中引起的。会导致设备异常振动、联轴器偏转，严重时导致设备部件的过早损坏、轴的弯曲变形，油膜失稳以及能源的浪费。
动静碰摩：最常见的故障之一，其发生频率仅次于转子不平衡。会产生非常复杂的转子振动并且不断加剧、扩展，导致整个机器的剧烈振动，甚至严重破坏。
油膜失稳：比较常见的一类故障，发生频率略低于转子不对中，包含油膜涡动和油膜振荡两个过程。油膜涡动将带来轴系部件的疲劳、松动、瓦面龟裂，降低了轴承的稳定性。而振幅大的油膜涡动还会演变为油膜振荡，引起更大的振动、转子严重弯曲变形、疲劳断裂、动静碰摩等问题，最终导致整个轴系的破坏。
2AHP的转子系统故障危害建模
为了分析故障转子系统的安全性，采用AHP定量、定性建模。
2.1层次结构模型
目标层：转子系统故障类型重点防治优先级顺序；准则层：发生频率和危害强度两项指标；方案层：五种典型的故障类型。绘制层次结构模型，如图1。
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2.2判断矩阵
参照比例标度表，危害强度各方案重要性程度两两比较，如表1。
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2.2.1A的一致性检验及求解
Matlab编程，对A做一致性检验：CI=0.0019趋于0；CR=0.0017＜0.10；所以判断矩阵A一致性通过!特征值法求得危害强度各方案权重数值：0.3267 0.1048 0.1605 0.2007 0.2073。
2.2.2发生频率各方案权重
发生频率评估：转子裂纹0.20，转子不平衡0.68，转子不对中0.58，动静件碰摩0.63，油膜失稳0.40；归一化：0.0803 0.2731 0.2329 0.2530 0.1606。
2.3故障危害权重
为了方便后面计算，故障危害权重整理，如表2。
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表2
2.4确定故障防治的优先级顺序
故障危害分值：转子裂纹0.3265×0.8+0.0803×0.2=0.27726；转子不平衡0.1408×0.8+0.2731×0.2=0.16726；转子不对中0.1605×0.8+0.2329×0.2=0.17498；动静碰摩0.2008×0.8+0.2530×0.2=0.21124；油膜失稳0.2074×0.8+0.1606×0.2=0.19804。
即0.27726＞0.21124＞0.19804＞0.17498＞0.16726，故障应该重点防治优先级：转子裂纹＞动静碰摩＞油膜失稳＞转子不对中＞转子不平衡。（越排在前面，越不安全，越需优先防治）。
3结论
（1）转子系统故障应该重点防治的优先级：转子裂纹＞动静碰摩＞油膜失稳＞转子不对中＞转子不平衡；
（2）很多时候，由于受到经济、技术、时间等条件的制约，很难面面俱到地去防治转子系统的故障。因此，掌握故障重点防治的优先级顺序，可以提高转子系统安全保护的效率。比如在资金缺少、技术储备不足、时间紧迫等情况下，无法做到对这五类故障全面防治，那么就可以根据优先级顺序先防治第一种转子裂纹，再防治第二种动静碰摩，以此类推。这样就可以提高转子系统安全保护的效率，收获更好的防治效果。
参考文献：
[1]苏咏梅,王振宇.旋转机械常见故障机理研究[J].长江大学学报(自然科学版)理工卷,2009,6(04):283-285+16.
[2]陈可心.基于层次分析法的有轨电车运行服务评估体系[J].城市轨道交通研究,2020,23(S1):112-115.